(57)【要約】【課題】  熱流束計測の正確性を高めて補正の手間を低減する。【解決手段】  受熱プレート８の表面に温度センサ３を備えた構成の受熱部２と、受熱プレート８の裏面に長手方向の一端部を取り付けた伝熱用棒部材４と、伝熱用棒部材４に長手方向にスライド可能に取り付けた冷却ジャケット５と、冷却ジャケット５の位置を変えるためのボールねじ直動機構６を備えて熱流束計１を形成する。熱流束計１で計測対象７の熱流束計測を実施するときに、受熱部２に対し計測対象７からの入熱量が大きいときには、伝熱用棒部材４の長手方向における冷却ジャケット５の位置を受熱部２に近接させ、入熱量が小さいときには、冷却ジャケット５の位置を受熱部２より離反させることで、冷却ジャケット５により伝熱用棒部材４を介して受熱部２を冷却するときの熱抵抗を適宜変化させて、受熱部２の表面温度と、計測対象７の温度との差を低減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱流束の計測対象の熱を表面に受け且つ該表面温度を計測するための温度センサを備えてなる受熱部と、
長手方向の一端部を上記受熱部の背面に取り付けた伝熱用棒部材と、
該伝熱用棒部材の長手方向にスライド可能に取り付けてあって、該伝熱用棒部材を介して上記受熱部を冷却できるようにした可動式冷却器と、
上記可動式冷却器の上記伝熱用棒部材の長手方向における位置を変更するための冷却位置調整手段と、
を備えてなる構成を有することを特徴とする熱流束計。
【請求項２】
可動式冷却器を、伝熱用棒部材の外周に取り付けた冷却ジャケットとした請求項１記載の熱流束計。
【請求項３】
可動式冷却器としての冷却ジャケットを、伝熱用棒部材に外周面に冷却媒体を直接接触させる形式の冷媒通路を備えてなる構成とした請求項２記載の熱流束計。
【請求項４】
冷却位置調整手段を、コントロールモータの運転により可動式冷却器を伝熱用棒部材の長手方向に移動させる形式の冷却位置調整手段とし、更に、温度センサによる受熱部の表面温度の計測信号を基に、上記冷却位置調整手段のコントロールモータへ指令を与えるコントローラを備えるようにした請求項１、２又は３記載の熱流束計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の計測対象における熱流束の計測に適した熱流束計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱流束計は、計測対象の熱を受熱部に受け、該受熱部に設けてある熱電対等の温度センサより出力される受熱部の温度に応じた信号（熱起電力）を基に、熱流束を求めることができるものである。なお、上記受熱部の温度に応じた信号に基づく熱流束の算出は、既存の計測原理に基づく演算により実施されている。
【０００３】
ところで、熱流束計は、ボイラや燃焼炉等の高温の計測対象に適用する場合には、上記センサや受熱部の過熱による損傷を防ぐために、上記受熱部を強制的に冷却する必要がある。
【０００４】
そのために、従来の熱流束計は、受熱部の内側（背面側）に冷却水通路を設けた構成として、通常は、常温常圧の水を上記冷却水通路に流通させることにより、上記受熱部を、上記冷却水通路に流通させる水で直接且つ連続的に冷却するようにしてある（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２７７０３号公報
【特許文献２】特開平８−２９２１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、熱流束の計測を実施する場合、計測される熱流束は、熱流束計の受熱部の温度の影響を受けることが知られている。
【０００７】
すなわち、従来の熱流束計の受熱部は、上記したように常温常圧の水で直接冷却されていたため、比較的低温に維持されるようになっている。たとえば、上記従来の熱流束計において冷却水通路に２０℃の水を流通させる場合は、上記受熱部の温度が２０℃付近になる。
【０００８】
一方、計測対象として、たとえば、ボイラは、炉壁の内面に設けられている水管が高温高圧水を流通させるようにしてあることに起因して、通常、該水管の表面温度は４００〜５００℃に達する。しかも、上記水管は、管内を流通する水側の熱伝達係数が、管外に比して高いため、水管外部の温度が変化しても、該水管の表面温度には大きな変動が生じない。
【０００９】
そのために、上記のようなボイラを計測対象として、該ボイラの炉壁に上記従来の熱流束計を設置する場合は、該熱流束計における常温常圧の水で冷却されている受熱面の温度（２０℃付近）が、上記ボイラの炉壁内面の水管の表面温度（４００〜５００℃）より大きく相違してしまう。
【００１０】
したがって、上記従来の熱流束計により上記ボイラのような高温の計測対象の熱流束の計測を行なった場合は、該計測対象の実機温度と、上記熱流束計の受熱部の温度との温度差が大となっているために、得られた熱流束の計測結果に対し、上記温度差に基づいた多大なデータ補正を施す必要が生じてしまうというのが実状である。
【００１１】
しかも、高温で影響の大きい放射エネルギは、温度の４乗に比例するため、大きな温度補正は誤差要因となり好ましくない。
【００１２】
そこで、本発明は、受熱部の表面温度を、熱流束の計測対象の温度に対応させて変化させることができて、受熱部の表面温度と上記計測対象の温度との差を低減させることにより、より正確で且つ補正の手間の少ない熱流束計測を実現することができる熱流束計を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、熱流束の計測対象の熱を表面に受け且つ該表面温度を計測するための温度センサを備えてなる受熱部と、長手方向の一端部を上記受熱部の背面に取り付けた伝熱用棒部材と、該伝熱用棒部材の長手方向にスライド可能に取り付けてあって、該伝熱用棒部材を介して上記受熱部を冷却できるようにした可動式冷却器と、上記可動式冷却器の上記伝熱用棒部材の長手方向における位置を変更するための冷却位置調整手段と、を備えてなる構成とする。
【００１４】
又、上記構成において、可動式冷却器を、伝熱用棒部材の外周に取り付けた冷却ジャケットとした構成とする。
【００１５】
更に、上記構成において、可動式冷却器としての冷却ジャケットを、伝熱用棒部材に外周面に冷却媒体を直接接触させる形式の冷媒通路を備えてなる構成とする。
【００１６】
上述の各構成において、冷却位置調整手段を、コントロールモータの運転により可動式冷却器を伝熱用棒部材の長手方向に移動させる形式の冷却位置調整手段とし、更に、温度センサによる受熱部の表面温度の計測信号を基に、上記冷却位置調整手段のコントロールモータへ指令を与えるコントローラを備えるようにした構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の熱流束計によれば、請求項１に記載された構成としてあるので、以下のような優れた効果を発揮する。  
（１）伝熱用棒部材は、長手方向における可動式冷却器による冷却位置から、受熱部までの間の熱抵抗を任意に変化させることができ、このため、温度センサにより計測される受熱部の表面温度を調整することができる。  
（２）したがって、計測対象から受熱部への入熱が変動しても、温度センサにより計測される受熱部の表面温度は、計測対象の実機温度に維持することが可能になる。これにより、受熱部の表面温度と、上記実機温度との相違を抑えることができるため、上記計測対象について、より正確で、且つ補正の手間の少ない熱流束計測を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の熱流束計の実施の一形態を示すもので、（ａ）は入熱量が大きいときの状態を、（ｂ）は入熱量が小さいときの状態をそれぞれ示す概略切断平面図である。
【図２】図１の熱流束計の先端寄り部分を拡大して示す切断平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ方向矢視図である。
【図５】図１の熱流束計における伝熱用棒部材の材質に応じた熱流束と、受熱部裏面から冷却位置までの距離との関連を示す図である。
【図６】図１の熱流束計における冷却ジャケットに流通させる水のレイノルズ数と、該冷却ジャケットにより冷却する伝熱用棒部材の表面温度との関連を示す図である。
【図７】図１の熱流束計における伝熱用棒部材の長手方向における冷却ジャケットの位置と、温度センサの計測温度との関連を示す図である。
【図８】本発明の実施の更に他の形態を示すもので、（ａ）は入熱量が大きいときの状態を、（ｂ）は入熱量が小さいときの状態をそれぞれ示す概略切断平面図である。
【図９】図８の熱流束計におけるコントローラによる制御の概要を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の他の形態を示すもので、冷却ジャケットの別の例を示す図２に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１（ａ）（ｂ）乃至図７は本発明の熱流束計の実施の一形態を示すものである。
【００２１】
すなわち、本発明の熱流束計は、図１（ａ）（ｂ）に符号１で示すもので、計測対象７の熱を表面に受けるようにしてある受熱部２と、該受熱部２の表面温度（以下、受熱面温度と云う）を計測するために該受熱部２に装備した温度センサ３と、棒状として長手方向の一方の端部を上記受熱部２の背面に取り付けた伝熱用棒部材４と、上記伝熱用棒部材４に長手方向に沿ってスライド可能に取り付けた該伝熱用棒部材４の冷却用の可動式冷却器５と、上記可動式冷却器５の上記伝熱用棒部材４の長手方向における位置を変更するための冷却位置調整手段６とを備えた構成とする。
【００２２】
詳述すると、上記受熱部２は、図１（ａ）（ｂ）及び図２に示すように、平板状、たとえば、円板状の受熱プレート８を備え、且つ該受熱プレート８の表面側となる一方の面の中央部に、上記温度センサ３が設置された構成としてある。
【００２３】
上記受熱プレート８には、背面側となる他方の面における中央部に、所定の長さ寸法に設定してある上記伝熱用棒部材４の長手方向の一端部（先端部）が、端面を密着させた状態で取り付けられている。これにより、上記受熱部２は、上記伝熱用棒部材４との熱伝達を良好に行うことができるようにしてある。
【００２４】
上記伝熱用棒部材４は、図２及び図３に示すように、丸棒状とすることが好ましい。これは、後述するように、可動式冷却器５を、該伝熱用棒部材４の外周に取り付けるジャケット形式とする場合に、該伝熱用棒部材４の周方向の温度分布の偏りを抑制できるようにするためである。更に、後述するように、上記可動式冷却器５が、該伝熱用棒部材４の外周面に冷却媒体１４を直接接触させる形式の冷媒通路２１を備える形式とする場合に、該冷媒通路２１のシール性をＯリング１９，２０により容易に確保できるようにするという観点から考えても、上記伝熱用棒部材４は丸棒状とすることが望ましい。
【００２５】
上記可動式冷却器５は、たとえば、図１（ａ）（ｂ）乃至図３に示すように、上記伝熱用棒部材４の外周を囲む円筒状の冷却ジャケット５（説明の便宜上、上記可動式冷却器５と同じ符号が付してある）としてある。
【００２６】
上記冷却ジャケット５は、上記伝熱用棒部材４の外周に隙間を隔てて同心状に配置される内筒部材９と、該内筒部材９の外周に隙間を隔てて同心状に配置される外筒部材１０とからなる二重筒構造を備える。
【００２７】
上記外筒部材１０は、受熱部２に近接する側に配置される軸心方向の一端部（先端部）を、上記内筒部材９の軸心方向の一端部（先端部）よりも突出させてあり、該突出端部に、上記伝熱用棒部材４の外径よりもわずかに大きな内径を有するリング状の先端側閉塞部材１１が取り付けられている。
【００２８】
上記内筒部材９は、受熱部２より離反する側に配置される軸心方向の他端部（基端部）を、上記外筒部材１０の軸心方向の他端部（基端部）よりも突出させてあり、該突出端部に、上記伝熱用棒部材４の外径よりもわずかに大きな内径を有するリング状の基端側閉塞部材１２が取り付けられている。
【００２９】
上記外筒部材１０の基端部は、その内側に位置する上記内筒部材９の外周面に対して、リング状の連結部材１３を介して水密に連結されている。
【００３０】
上記内筒部材９の基端寄りにおける周方向の一個所には、該内筒部材９の内側へ外部より冷却媒体１４を供給するための冷媒入口１５が設けられている。上記外筒部材１０の基端寄りにおける周方向について上記冷媒入口１５と対応する個所には、該外筒部材１０の内側から外部へ冷却媒体１４を排出するための冷媒出口１６が設けられている。
【００３１】
上記先端側閉塞部材１１と基端側閉塞部材１２の内周面には、周方向に連続するＯリング溝１７と１８がそれぞれ設けてあり、該各Ｏリング溝１７，１８に、個別のＯリング１９と２０が装着されている。
【００３２】
上記構成としてある冷却ジャケット５は、上記伝熱用棒部材４の外周に装着することにより、上記各Ｏリング１９及び２０によって、先端側及び基端側の各閉塞部材１１及び１２と、その内側に位置する上記伝熱用棒部材４の外周面との間がシールされるようにしてある。これにより、上記伝熱用棒部材４に装着した上記冷却ジャケット５の内部には、上記冷媒入口１５より供給される冷却媒体１４を、上記伝熱用棒部材４の外周面と上記内筒部材９の内周面との間を基端側から先端側へ向けて流通させ、次いで、上記内筒部材９の先端部と上記先端側閉塞部材１１との間を内周側から外周側へ通過させ、その後、上記内筒部材９の外周面と上記外筒部材１０の内周面との間を先端側から基端側へ流通させた後、上記冷媒出口１６より外部へ排出させることが可能な冷媒通路２１が形成されるようにしてある。
【００３３】
更に、上記冷却ジャケット５は、上記各Ｏリング１９及び２０を上記伝熱用棒部材４の外周面に対して摺動させることで、該各Ｏリング１９及び２０によりシールされた上記冷媒通路２１を維持したまま、上記伝熱用棒部材４の長手方向にスライドできるようにしてある。
【００３４】
なお、上記先端側閉塞部材１１に装着させるＯリング１９は、上記受熱部２が計測対象７より熱を受け、その熱が上記伝熱用棒部材４へ熱伝達されるときに該伝熱用棒部材４が達する温度条件を考慮して、たとえば、パーフロロエラストマー等の耐熱性を有する材質製としてある。
【００３５】
上記受熱部２の受熱プレート８の他方の面の外周部には、図１（ａ）（ｂ）及び図２に示すように、上記冷却ジャケット５の外周に隙間を隔てて配置された筒状、たとえば、円筒状の支持カバー２２の軸心方向の一端部（先端部）が取り付けられている。
【００３６】
上記支持カバー２２は、軸心方向の寸法が上記伝熱用棒部材４よりも長くなるように設定されており、該支持カバー２２の軸心方向の他端部（基端部）には、本発明の熱流束計１を、計測対象７に設けてある取付座２４に設置するためのフランジ２３が設けられている。
【００３７】
更に、上記支持カバー２２には、図２及び図４に示すように、上記冷却ジャケット５の上記伝熱用棒部材４の長手方向へのスライドに伴って該冷却ジャケット５の冷媒入口１５及び冷媒出口１６が移動する領域（図４にて冷媒入口１５及び冷媒出口１６を実線で示した位置から二点鎖線で示した位置までの領域）と対応する個所に、該支持カバー２２の軸心方向に延びる長穴形状の開口２５が設けてある。
【００３８】
上記支持カバー２２に上記開口２５を設ける場合は、たとえば、該支持カバー２２を、上記冷媒入口１５及び冷媒出口１６が移動する領域と対応する軸心方向の中間部に配置させる中間部カバー２７と、該中間部カバー２７よりも上記受熱部２に近接する先端側に配置する先端側カバー２６と、上記中間部カバー２７よりも基端側に配置する基端側カバー２８とを軸心方向に連結してなる組立構造とし、且つ上記中間部カバー２７に、上記開口２５を、軸心方向の一端部（図４では右端）から軸心方向に沿って延びる切欠きとして設けておくようにすればよい。
【００３９】
これにより、上記支持カバー２２は、上記先端側と中間部と基端側の各カバー２６，２７，２８を組み立てるときに、上記切欠きとして設けてある開口２５に、上記冷却ジャケット５の冷媒入口１５及び冷媒出口１６を内外方向に挿通させて配置できるようにしてある。更に、上記支持カバー２２では、上記軸心方向に延びる開口２５により、上記冷媒入口１５と冷媒出口１６の上記伝熱用棒部材４の長手方向への移動をガイドする一方、周方向への移動を規制することで、上記冷却ジャケット５が上記伝熱用棒部材４の外周で周方向に回転することを防止できるようにしてある。
【００４０】
上記開口２５を通して支持カバー２２の外側へ突出させた上記冷媒入口１５及び冷媒出口１６には、上記フランジ２３を貫通させるようにして配置した冷媒供給ライン２９と冷媒排出ライン３０がそれぞれ接続されている。なお、上記冷媒供給ライン２９及び冷媒排出ライン３０は、上記冷却ジャケット５を伝熱用棒部材４の長手方向へスライドさせるときの上記冷媒入口１５及び冷媒出口１６の位置の変化に追従できるように、柔軟性を有する耐熱チューブにより形成されている。
【００４１】
これにより、上記冷却ジャケット５では、外部の図示しない冷媒供給手段より上記冷媒供給ライン２９を通して導いた冷却媒体１４を、上記冷媒入口１５より冷媒通路２１へ供給して、該冷媒通路２１を流通する冷却媒体１４により上記伝熱用棒部材４を冷却させることができるようにしてある。又、上記伝熱用棒部材４の冷却に供された後の冷却媒体１４は、上記冷媒出口１６より上記冷媒排出ライン３０を通して外部へ排出することができるようにしてある。
【００４２】
上記冷却位置調整手段６は、たとえば、図１（ａ）（ｂ）に示すように、ボールねじ直動機構６（説明の便宜上、上記冷却位置調整手段６と同じ符号が付してある）としてある。
【００４３】
上記ボールねじ直動機構６は、上記フランジ２３の中央部にリング状のサポート部材３２を介して取り付けた軸受３１と、上記支持カバー２２の基端部の内側に上記伝熱用棒部材４と同軸心状に配置して、軸心方向の基端寄り部分を上記軸受３１に回転自在に保持させたねじ軸３３と、上記ねじ軸３３に取り付けたナット部材３４とから構成されている。  更に、上記ナット部材３４は、上記伝熱用棒部材４の外径よりも大きな内径を有する円筒状の連結部材３５を介して、上記冷却ジャケット５の基端部に連結されている。
【００４４】
これにより、上記ボールねじ直動機構６では、上記軸受３１より外部に突出する上記ねじ軸３３の基端部（突出端部）を手動で回転させることにより、上記ナット部材３４を上記ねじ軸３３の長手方向に移動させることができるようにしてあり、このナット部材３４の移動に伴って、上記冷却ジャケット５を、上記伝熱用棒部材４の長手方向に沿って移動させることができるようにしてある。よって、本発明の熱流束計１では、上記冷却ジャケット５に冷却媒体１４を流通させた状態で、上記ボールねじ直動機構６を操作することにより、上記伝熱用棒部材４の長手方向に関して、上記受熱部２から、上記冷却ジャケット５による冷却位置までの距離を変化させることができるようにしてある。
【００４５】
上記冷却ジャケット５に流通させる冷却媒体１４としては、取扱いの容易性や、比熱を考慮すると、常温常圧の水１４（説明の便宜上、上記冷却媒体１４と同じ符号が付してある）を用いることが望ましい。
【００４６】
更に、本発明の熱流束計１は、図１（ａ）（ｂ）乃至図３に示すように、上記支持カバー２２の先端部の外周に、該支持カバー２２の外周側及び上記受熱部２の表面の外周部を覆うシールド３６を設けるようにしてある。該シールド３６は、断熱材製、たとえば、耐熱性を有するセラミックファイバーが絡み合わされた断熱構造を備えたものとしてある。
【００４７】
上記シールド３６には、内周面の周方向の一部に溝３７が設けてある。これにより、上記温度センサ３に接続してある信号線３８は、上記シールド３６の内側では、上記溝３７に沿わせて配置できるようにしてある。
【００４８】
更に、上記信号線３８は、上記シールド３６の基端側と上記フランジ２３との間では、該フランジ２３を貫通させると共に上記支持カバー２２に沿わせて上記シールド３６の基端部まで延びるように配設した信号線配管３９の内側を通して配置されている。
【００４９】
上記信号線配管３９は、耐熱性を有する材質、たとえば、ステンレス製としてある。
【００５０】
これにより、本発明の熱流束計１では、受熱部２における中央部の温度センサ３の設置個所については、上記シールド３６の先端側中央部の開口を通して計測対象７の熱が直接受けられるようにしてある一方、上記温度センサ３の設置個所以外の部分は、上記シールド３６により上記計測対象７の熱に直接曝露されることがないようにしてある。又、上記温度センサ３に接続してある信号線３８は、該温度センサ３近傍の部分を除いて、上記シールド３６と上記信号線配管３９によって、計測対象７の熱から保護されるようにしてある。
【００５１】
ところで、計測対象７がボイラである場合は、該ボイラの内部には灰の溶融物が存在しているため、この灰の溶融物が上記受熱部２の温度センサ３に付着する虞があり、該温度センサ３に上記灰の溶融物が付着した状態になると、該温度センサ３による受熱面温度の計測精度が低下する虞が考えられる。
【００５２】
そこで、本発明の熱流束計１は、上記のような温度センサ３に対する付着物の発生が懸念される計測対象に適用する場合は、該付着物の発生を防止できるようにするための対策として、上記温度センサ３の表面側に空気４１を噴出させるようにする空気噴出手段４０を備えるようにすることが望ましい。
【００５３】
上記空気噴出手段４０は、図２に示すように、上記支持カバー２２の先端部、たとえば、先端側カバー２６の外周部に、該先端側カバー２６（支持カバー２２）と上記シールド３６との間に空気４１を吹き込むための空気吹き込みノズル４２を、周方向の全周に亘り備える。
【００５４】
上記空気吹き込みノズル４２には、基端寄りの周方向の一個所に、空気供給口４３が設けられ、該空気供給口４３に、図１（ａ）（ｂ）に示すように、上記フランジ２３を貫通させて上記支持カバー２２に沿わせて配置した空気供給管４４が接続されている。なお、上記空気供給管４４は、耐熱性を有する材質、たとえば、ステンレス製としてある。
【００５５】
これにより、外部の図示しない空気供給手段より上記空気供給管４４を通して空気供給口４３へ供給される空気４１を、図２に示すように、上記空気吹き込みノズル４２より、先端側カバー２６（支持カバー２２）と上記シールド３６との間に吹き込むことにより、該空気４１が、上記先端側カバー２６と上記シールド３６との間を通して、上記受熱部２の表面の外周部へ噴出されるようにしてある。
【００５６】
更に、上記受熱プレート８の表面における上記温度センサ３を囲む位置には、該受熱プレート８の表面より突出する偏向部材４５が設けられている。これにより、上記空気噴出手段４０では、上記したように受熱部２の表面の外周部へ噴出される空気４１の流れ方向を、図２に一点鎖線で示すように、上記温度センサ３に直接当たらない方向に偏向させて、該噴出させる空気４１の影響で上記温度センサ３に温度変化が生じないようにしてある。
【００５７】
上記構成としてある本発明の熱流束計１は、ボイラを計測対象７としてその熱流束の計測を行う場合は、上記伝熱用棒部材４及び受熱プレート８の材質を、ニッケルとすることが望ましい。これは以下の理由による。
【００５８】
本発明の熱流束計１によるボイラの熱流束計測の条件としては、温度センサ３により計測される受熱面温度を、ボイラの平均的な壁面の水管表面温度である４５０℃に維持しつつ、ボイラ内で想定される高めの熱流束計測として、約２５０〜５００ｋＷ／ｍ２の熱流束計測を行う場合を想定する。
【００５９】
この条件では、図５に示すように、伝熱用棒部材４の長手方向について、上記温度センサ３が設けてある受熱部２の裏面から、冷却媒体としての水１４を流通させる冷却ジャケット５による冷却が行われる位置、すなわち、該冷却ジャケット５における冷媒通路２１の先端部までの距離は、上記伝熱用棒部材４の材質をステンレスとする場合（線ａ）には、最少で９ｍｍから、最大で２４ｍｍまでの範囲で変化させる必要がある。又、上記伝熱用棒部材４の材質をニッケルとする場合（線ｂ）には、上記距離は、最少で３７ｍｍから、最大で９２ｍｍまで変化させる必要がある。更に、上記伝熱用棒部材４の材質を黄銅とする場合（線ｃ）には、上記距離は、最少で６５ｍｍから、最大で１６０ｍｍまで変化させる必要がある。
【００６０】
ところで、冷却ジャケット５におけるシール構造や、冷却ジャケット５の製造を考えると、上記受熱部２の裏面から、冷却ジャケット５における上記冷却位置の先端部までの距離を９ｍｍまで近接させることは困難である。したがって、上記伝熱用棒部材４の材質としてステンレスを採用することは難しい。
【００６１】
一方、上記黄銅の場合は、上記距離の可動範囲が９５ｍｍと大きくなる。そのために、上記冷却ジャケット５の位置の調整に手間取る可能性がある。又、銅はボイラ内で発生し得る硫化物に弱い。よって、上記伝熱用棒部材４の材質として黄銅を採用することは難しい。
【００６２】
したがって、上記伝熱用棒部材４及び受熱プレート８は、その材質をニッケルとすることにより、上記冷却ジャケット５におけるシール構造、及び、冷却ジャケット５の製造が容易になると共に、該冷却ジャケット５の可動範囲も５５ｍｍ（＝９２ｍｍ−３７ｍｍ）と過大や過小とならない範囲に設定することが可能になる。
【００６３】
本発明の熱流束計１は、上記伝熱用棒部材４及び受熱プレート８の材質をニッケルとする場合、受熱部２に５００ｋＷ／ｍ２の入熱がある条件を考えると、この条件下での上記伝熱用棒部材４の表面温度と、冷却用の水１４のレイノルズ数との関係は、図６に示すようになる。
【００６４】
ところで、上記伝熱用棒部材４の表面温度が、常圧の大気中の水の沸点である１００℃を超えると、上記冷却ジャケット５内では、水１４が沸騰し、該冷却ジャケット５のシール不良、延いては、上記温度センサ３の破損につながる虞がある。
【００６５】
したがって、上記伝熱用棒部材４の表面温度は、１００℃を超えないようにする必要があり、このためには、上記水１４のレイノルズ数は３０００程度を維持するようにすればよい。この条件は、たとえば、上記伝熱用棒部材４の太さが１２ｍｍ、上記冷却ジャケット５の冷媒通路２１における内筒部材９よりも内周側の流路、すなわち、上記伝熱用棒部材４の外周面に上記冷却用の水１４を直接接触させた状態で流通させる流路の径が１４ｍｍの場合、上記水１４の流量は３．７Ｌ／ｍｉｎ以上に相当する。
【００６６】
以上の構成としてある本発明の熱流束計１を使用する場合は、該本発明の熱流束計１を、図１（ａ）に示すように、計測対象７に対して、該計測対象７の熱が上記受熱部２に入熱するように設置する。
【００６７】
この際、本発明の熱流束計１は、予め上記ボールねじ直動機構６を手動操作して、上記冷却ジャケット５を、上記伝熱用棒部材４の長手方向における最も受熱部２寄りとなる位置に配置させておくようにする。又、上記冷却ジャケット５には、冷却用の水１４を上記所定の流量で流通させるようにしておく。このようにすることにより、上記本発明の熱流束計１では、上記受熱部２の裏面から、上記冷却ジャケット５に流通させる水１４による冷却位置までの距離が、最も短くなり、よって、該受熱部２の冷却効率が最も高い状態となる。これにより、本発明の熱流束計１を、たとえば、運用中のボイラのように、熱が発生している計測対象７に設置したときに、該計測対象７からの入熱量が大きい場合であっても、上記受熱部２が過剰に昇温する虞を防止できるようにしてある。
【００６８】
その後、上記計測対象７に設置した本発明の熱流束計１は、温度センサ３によって受熱面温度が計測されるようになると、その計測された受熱面温度の情報を基に、上記ボールねじ直動機構６を操作して、上記伝熱用棒部材４の長手方向における上記冷却ジャケット５の位置を変化させて、上記受熱面温度が一定に保持されるようにする。
【００６９】
この際、図１（ａ）に示すように、上記伝熱用棒部材４の長手方向における冷却ジャケット５による冷却位置から、上記受熱部２の裏面までの距離が短い場合は、上記伝熱用棒部材４における上記冷却位置から受熱部２までの間に位置する部分の熱抵抗が小さい。よって、上記受熱部２は、上記冷却ジャケット５に流通させる水１４により上記伝熱用棒部材４を介して容易に冷却されるようになる。したがって、この場合は、上記受熱部２の温度が低くなる。
【００７０】
一方、図１（ｂ）に示すように、上記伝熱用棒部材４の長手方向における冷却ジャケット５による冷却位置から、上記受熱部２の裏面までの距離が長い場合は、上記伝熱用棒部材４における該冷却位置から受熱部２までの間に位置する部分の熱抵抗が大きくなる。よって、上記受熱部２は、上記熱抵抗が大きな伝熱用棒部材４を介することで、上記冷却ジャケット５に流通させる水１４による冷却が行われ難くなる。したがって、この場合は、上記受熱部２の温度が高くなる。
【００７１】
このことは、本発明者が実施した、本発明の熱流束計１における伝熱用棒部材４の長手方向における冷却ジャケット５の位置と、受熱面温度を計測する温度センサ３の計測温度との関連を検証した図７の試験結果からも明らかである。
【００７２】
すなわち、図７の試験では、入熱量が一定の条件の下で、本発明の熱流束計１を、図１（ａ）に示したように、冷却ジャケット５を上記受熱部２に最も近接させて配置した状態で、熱流束の計測を開始し、上記温度センサ３の計測温度（線ｄ）が約４００℃で安定した時間ｔの時点で、図１（ｂ）に示したように、上記冷却ジャケット５を、伝熱用棒部材４の長手方向における上記受熱部２より最も離反する位置まで移動させるようにした。
【００７３】
その結果、本発明の熱流束計１では、入熱量が一定の条件下であっても、上記冷却ジャケット５の位置変更に伴って、上記温度センサ３の計測温度（線ｄ）を、約５００℃まで上昇させることができることが明らかである。又、この際、本発明の熱流束計１は、図７に線ｅで示す熱流束の計測結果として、上記冷却ジャケット５を上記受熱部２に最も近接させて配置した状態では、２３７ｋＷ／ｍ２であった熱流束の値を、上記した該冷却ジャケット５の移動に伴い、２００ｋＷ／ｍ２まで低下させることができ、約１６％の収熱減とさせることができることが判明している。
【００７４】
以上のように、本発明の熱流束計１では、上記伝熱用棒部材４の長手方向における上記冷却ジャケット５の位置を変化させることで、該冷却ジャケット５による冷却位置から、上記受熱部２までの間の熱抵抗を任意に変化させることができて、温度センサ３により計測される受熱面温度を調整することができる。
【００７５】
したがって、上記受熱部２への入熱が大となり、上記温度センサ３により計測される受熱面温度が、計測対象７の温度に対応させて予め設定してある所定の温度、あるいは、所定の温度範囲よりも高い場合は、上記ボールねじ直動機構６の操作により、上記冷却ジャケット５を、上記伝熱用棒部材４の長手方向における上記受熱部２に近接する方向へ移動させるようにする。
【００７６】
一方、上記受熱部２への入熱が小さくて、上記温度センサ３により計測される受熱面温度が、上記所定の温度、あるいは、所定の温度範囲よりも低い場合は、上記ボールねじ直動機構６を上記とは逆方向へ操作して、上記冷却ジャケット５を、上記伝熱用棒部材４の長手方向における上記受熱部２より離反する方向へ移動させるようにする。
【００７７】
これにより、上記温度センサ３により計測される上記受熱面温度は、上記所定の温度、あるいは、所定の温度範囲に維持されるようになる。
【００７８】
上記所定の温度や、所定の温度範囲としては、たとえば、計測対象７がボイラの場合は、その水管表面温度である４００〜５００℃の範囲で予め設定すればよい。
【００７９】
このように、本発明の熱流束計１によれば、上記計測対象７から受熱部２への入熱が変動する場合であっても、上記温度センサ３により計測される受熱面温度を、上記所定の温度や、所定の温度範囲に維持することができる。
【００８０】
したがって、上記受熱部２の温度は、計測対象７の実機温度に維持することが可能になり、これにより、受熱面温度と、上記実機温度との相違を抑えることができる。
【００８１】
このため、上記本発明の熱流束計１では、上記計測対象７について、より正確で、且つ補正の手間の少ない熱流束計測を実施することができる。
【００８２】
更に、可動式冷却器としては、冷却ジャケット５を伝熱用棒部材４の外周に取り付けた構成としてあるので、該可動式冷却器としての冷却ジャケット５による冷却位置を伝熱用棒部材４の長手方向に可変とする構成を容易に実現できる。よって、本発明の熱流束計１は、上記冷却ジャケット５による冷却位置から、上記受熱部２までの間の熱抵抗を任意に変更可能とする構成を容易に構築することができる。
【００８３】
次に、図８（ａ）（ｂ）及び図９は本発明の実施の他の形態として、図１（ａ）（ｂ）乃至図７に示した実施の形態の応用例を示すものである。
【００８４】
すなわち、本実施の形態の熱流束計は、図８（ａ）（ｂ）に符号１Ａで示すもので、図１（ａ）（ｂ）乃至図４に示したと同様の構成において、冷却位置調整手段としてのボールねじ直動機構６に、冷却位置調整用のコントロールモータ４６が装備してある。
【００８５】
更に、受熱部２の温度センサ３より温度計測信号を導く信号線３８が、コントローラ４７に接続されている。且つ該コントローラ４７は、上記温度センサ３より上記信号線３８を経て上記受熱面温度の計測信号が入力されると、該計測信号を基に、上記ボールねじ直動機構６のコントロールモータ４６へ指令を与える機能を備える構成としてある。
【００８６】
上記コントロールモータ４６は、上記ボールねじ直動機構６におけるフランジ２３に保持された軸受３１より突出するねじ軸３３の突出端部に接続されている。更に、該コントロールモータ４６は、図示しない支持部材を介して上記フランジ２３に取り付けて、上記ねじ軸３３へ与える回転駆動力の反力を、上記図示しない支持部材を介して上記フランジに受けさせることができるようにしてある。
【００８７】
上記コントローラ４７は、図９に制御方法のブロック図を示すように、計測対象７の温度に対応するように予め設定してある所定の温度、あるいは、所定の温度範囲を、受熱部目標温度として入力して、記憶させることができるようにしてある。更に、上記コントローラ４７は、上記温度センサ３より受熱面温度の計測信号４８が入力されると、該計測信号４８に基づく受熱面温度の温度計測値を、上記受熱部目標温度と比較するようにしてある。
【００８８】
上記比較の結果、上記温度計測値が上記受熱部目標温度に比して高い場合は、上記コントローラ４７は、冷却ジャケット５が上記伝熱用棒部材４の長手方向における上記受熱部２に近接する方向へ移動するようボールねじ直動機構６を駆動するための指令４９を生成する。
【００８９】
一方、上記比較の結果、上記温度計測値が上記受熱部目標温度よりも低い場合は、上記コントローラ４７は、冷却ジャケット５が上記伝熱用棒部材４の長手方向における上記受熱部２より離反する方向へ移動するようボールねじ直動機構６を駆動するための指令４９ａを生成する。
【００９０】
上記指令４９又は４９ａは、更に、上記コントロールモータ４６に装備してある図示しないエンコーダによって検出される上記伝熱用棒部材４の長手方向における上記冷却ジャケット５の現在位置の検出信号５０に基づいて補正が加えられた後、モータ制御部５１へ与えられる。
【００９１】
その後、上記モータ制御部５１は、上記のようにして与えられた指令４９，４９ａを基に、上記ボールねじ直動機構６のコントロールモータ４６へ指令を与えて、該コントロールモータ４６を運転するようにしてある。
【００９２】
以上により、上記コントローラ４７は、上記温度センサ３によって計測される上記受熱面温度と、上記受熱部目標温度との差がゼロとなるように、該受熱面温度の温度計測値に基づくフィードバック制御を行うことができるようにしてある。
【００９３】
なお、上記コントローラ４７は、本実施の形態の熱流束計１Ａを、運用中のボイラのように、熱が発生している計測対象７に設置するときには、上記ボールねじ直動機構６のコントロールモータ４６により、上記冷却ジャケット５を、上記伝熱用棒部材４の長手方向における最も受熱部２寄りとなる位置に配置させておく機能を有するものとする。これは、図１（ａ）（ｂ）乃至図７の実施の形態の熱流束計１の場合と同様に、該計測対象７の熱を受熱する上記受熱部２が過剰に昇温する虞を防止できるようにするためである。
【００９４】
その他の構成は図１（ａ）（ｂ）乃至図７に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。
【００９５】
本実施の形態の熱流束計１Ａによれば、図１（ａ）（ｂ）乃至図７の実施の形態と同様の効果に加えて、上記コントローラ４７へ、予め上記受熱部目標温度を入力しておくことにより、該受熱部目標温度と一致するように、上記受熱面温度を自動で制御することができる。
【００９６】
なお、上記各実施の形態においては、冷却ジャケット５が、伝熱用棒部材４に冷却媒体としての水１４を直接接触させる形式の冷媒通路２１を備えてなる構成のものを示した。かかる構成の冷却ジャケット５は、上記伝熱用棒部材４と冷却用の水１４との熱交換効率を高めるという観点から考えると好ましい。
【００９７】
しかし、伝熱用棒部材４と冷却用の水１４との熱交換を行わせるための冷却ジャケットとしては、たとえば、図１０に示すように、伝熱用棒部材４の外周に沿って配置された円筒形状の周壁の内部に冷媒通路２１ａを水密に形成してなる形式の冷却ジャケット５２を採用してもよい。この場合は、上記冷却ジャケット５２の伝熱用棒部材４の長手方向への円滑な移動と、両者間での良好な熱伝達を行わせることを目的として、上記冷却ジャケット５２の内周面と、上記伝熱用棒部材４の外周面との間に、耐熱性及び熱伝導性の良好なグリースのような潤滑剤を介在させるようにすることが望ましい。
【００９８】
又、上記各実施の形態の冷却ジャケット５及び５２における水１４を流通させる冷媒通路２１，２１ａの配置は、図示した以外の任意の配置としてもよいことは勿論である。又、上記冷却ジャケット５及び５２の冷媒通路２１，２１ａに流通させて伝熱用棒部材４と熱交換を行わせるための冷却媒体としては、熱流束の計測対象７の熱が作用する環境下で安定した性状を備えていれば、従来、一般的に冷却媒体として使用されている水１４以外の任意の冷却媒体を使用してもよい。
【００９９】
更に、上記伝熱用棒部材４と、水１４又は上記冷却媒体との熱交換を行わせることができ、且つ上記伝熱用棒部材４の長手方向にスライド可能であって、上記熱交換する位置を伝熱用棒部材４の長手方向に変位させることができるようにしてあれば、上記冷却ジャケット５，５２以外の任意の形式の可動式冷却器を採用してもよい。
【０１００】
又、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、伝熱用棒部材４は、丸棒状とすることが好ましいが、多角形断面の棒状としてもよい。このように、多角形断面の伝熱用棒部材４では、その外周に長手方向に移動可能に装備する冷却ジャケットの冷媒通路２１をＯリングでシールすることは難しくなる。よって、この場合は、図１０に示した冷却ジャケット５２と同様に、周壁の内部に水密な冷媒通路２１ａを備えた形式の冷却ジャケットを採用するようにすればよい。
【０１０１】
冷却ジャケット５，５２と、ボールねじ直動機構６のナット部材３４とを繋ぐ部材として、筒状の連結部材３５を示したが、ボールねじ直動機構６のナット部材３４と冷却ジャケット５，５２を繋いで、該ナット部材３４の移動に伴って上記冷却ジャケット５，５２を伝熱用棒部材４の長手方向に移動させることができるようにしてあれば、上記連結部材３５は、棒状等、筒状以外の任意の形式としてもよい。
【０１０２】
受熱部２の温度センサ３に付着する虞のあるような物質が浮遊していない環境で使用する場合は、空気噴出手段４０は省略してもよい。
【０１０３】
本発明の熱流束計１，１Ａにおける各構成部材の図示した寸法、形状、各構成部材同士の寸法比は、いずれも図示するための便宜上のものであり、実際の寸法や形状、寸法比を反映するものではない。
【０１０４】
図１（ａ）（ｂ）乃至図７の実施の形態では、伝熱用棒部材４の長手方向に冷却ジャケット５の位置を変更できるようにしてあれば、ボールねじ直動機構６以外の任意の形式の冷却位置調整手段を採用してもよい。
【０１０５】
又、図８（ａ）（ｂ）及び図９の実施の形態では、コントローラ４７により制御されるコントロールモータ４６を備えて、該コントロールモータ４６の運転に伴って伝熱用棒部材４の長手方向に冷却ジャケット５の位置を変更できるようにしてあれば、ボールねじ直動機構６以外の任意の形式の冷却位置調整手段を採用してもよい。
【０１０６】
受熱部２の受熱プレート８と、伝熱用棒部材４は、材質をニッケルとすることが好ましいが、熱流束の計測対象７の温度条件、形式、熱流束計１，１Ａの使用環境等に応じて、ニッケル以外の材質を採用してもよいことは勿論である。
【０１０７】
更に、本発明の熱流束計１，１Ａは、ボイラ以外の任意の計測対象の熱流束計測に適用してよい。
【０１０８】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１０９】
１，１Ａ  熱流束計
２  受熱部
３  温度センサ
４  伝熱用棒部材
５  冷却ジャケット（可動式冷却器）
６  ボールねじ直動機構（冷却位置調整手段）
１４  水（冷却媒体）
２１，２１ａ  冷媒通路
４６  コントロールモータ
４７  コントローラ
【図１】
2013221895.tif 000003
【図２】
2013221895.tif 000004
【図３】
2013221895.tif 000005
【図４】
2013221895.tif 000006
【図５】
2013221895.tif 000007
【図６】
2013221895.tif 000008
【図７】
2013221895.tif 000009
【図８】
2013221895.tif 000010
【図９】
2013221895.tif 000011
【図１０】
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